數(shù)據(jù)庫自主安全防護技術(shù)的研究與實現(xiàn)

近年來，有關(guān)數(shù)據(jù)庫的安全事故不斷出現(xiàn)，例如銀行內(nèi)部數(shù)據(jù)信息泄露造成的賬戶資金失密等。因此，高度重視數(shù)據(jù)庫安全防護很有必要。但一直以來，國內(nèi)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢，市場份額中較大一部分被國外大型數(shù)據(jù)庫企業(yè)占有。這對于國內(nèi)用戶而言，信息的安全性、穩(wěn)定性等方面都會受到威脅。有的系統(tǒng)涉及使用多個數(shù)據(jù)庫，并且對每個數(shù)據(jù)庫的安防功能要求各不相同。這樣，在保障整個系統(tǒng)安全的目標下就需要對每個數(shù)據(jù)庫進行專門配置管理，不但維護難度很大，而且工作也比較繁重。面對這些實際問題，目前的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自帶的安全防護配置方式已不能勝任,如何提出一個靈活獨立的安全防護系統(tǒng)迫在眉睫。
1 相關(guān)安全防護技術(shù)介紹
目前，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面臨的主要威脅有：(1)對數(shù)據(jù)庫的不正確訪問引起數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的錯誤。(2)為了某種目的，故意破壞數(shù)據(jù)庫。(3)非法訪問不該訪問的信息，且又不留痕跡；未經(jīng)授權(quán)非法修改數(shù)據(jù)。(4)使用各種技術(shù)攻擊數(shù)據(jù)庫等。多年來，人們在理論和實踐上對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全的研究做出了巨大的努力，也取得了很多成果。參考文獻[1-2]介紹了保護數(shù)據(jù)庫安全的常用技術(shù)，包括：存取管理技術(shù)、安全管理技術(shù)、以及數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)，并給出了一些實現(xiàn)途徑。其中，訪問控制和安全審計作為數(shù)據(jù)庫安全的主要保障措施受到了人們廣泛關(guān)注，參考文獻[3]對訪問控制技術(shù)中的基本策略進行了總結(jié)，給出了實現(xiàn)技術(shù)及各自的優(yōu)缺點。參考文獻[4]主要針對權(quán)限建模過程中的權(quán)限粒度問題做了分析，并提出一個基于角色的訪問控制框架。進入21世紀以后，訪問控制模型的研究重點開始逐漸由集中式封閉環(huán)境轉(zhuǎn)向開放式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一方面結(jié)合不同的應(yīng)用，對原有傳統(tǒng)模型做改進，另一方面，也提出一些新的訪問控制技術(shù)和模型，比較著名的有信任管理、數(shù)字版權(quán)管理和使用控制模型 [5]。審計通過對數(shù)據(jù)庫內(nèi)活動的記錄和分析來發(fā)現(xiàn)異常并產(chǎn)生報警的方式來加強數(shù)據(jù)庫的安全性[6]。目前，在我國使用的商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)大都提供了C2級的審計保護功能，但實現(xiàn)方式和功能側(cè)重有所不同。周洪昊等人[7]分析了Oracle、SQL Server、DB2、Sybase的審計功能，分別從審計系統(tǒng)的獨立性、自我保護能力、全面性和查閱能力四個方面對審計功能做出改進[7]。參考文獻[8]則針對審計信息冗余、審計配置方式死板以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析能力不足等問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已有的審計模塊基礎(chǔ)上，重新設(shè)計和實現(xiàn)了一種新型的數(shù)據(jù)庫安全審計系統(tǒng)。
　但所有的這些工作都是從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的角度出發(fā)，并沒有從本質(zhì)上解決安全防護對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的依賴性問題，用戶還是很難對數(shù)據(jù)庫提供自主的安全防護功能。如果能將安全防護從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中徹底獨立出來，針對不同的應(yīng)用需求允許用戶自己實現(xiàn)安全防護功能模塊并在邏輯上加入到數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中，這樣問題也就迎刃而解了。
通過以上分析，本文提出一種獨立于具體數(shù)據(jù)庫、可組態(tài)的安全防護模型，并給出具體的實現(xiàn)方法。該模型將安全防護從數(shù)據(jù)庫完全獨立出來，在多數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中實現(xiàn)集中配置安防，滿足用戶對于自主防護功能的需求。并在開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQLITE中做了功能測試，實驗結(jié)果表明，該模型切實可行，達到了預(yù)想的效果，既能實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護，又大大提高了系統(tǒng)的靈活性。
2 自主安全防護系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
　自主安全防護系統(tǒng)DSS(Discretionary Safety System)的主要功能是阻止用戶對信息的非法訪問，在可疑行為發(fā)生時自動啟動預(yù)設(shè)的告警流程，盡可能防范數(shù)據(jù)庫風(fēng)險的發(fā)生，在非法操作發(fā)生時，觸發(fā)事先設(shè)置好的防御策略，實行阻斷，實現(xiàn)主動防御，并按照設(shè)置對所發(fā)生的操作進行詳細記錄，以便事后的分析和追查。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　在DSS中，安全管理員使用角色機制對用戶的權(quán)限進行管理，通過制定安全策略來設(shè)置核心部件Sensor以及訪問控制部件。核心部件Sensor偵聽用戶的數(shù)據(jù)庫操作請求，采用命令映射表將不同的命令映射為系統(tǒng)識別的命令，提取出安全檢查所需要的信息，發(fā)送到訪問控制模塊進行安檢。安檢通過了則允許用戶訪問數(shù)據(jù)庫，否則拒絕訪問，同時根據(jù)審計規(guī)則生成記錄存入審計日志。DSS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

DSS作為獨立的功能模塊主要通過向Sensor提供數(shù)據(jù)庫的調(diào)用接口的方式保障對數(shù)據(jù)庫信息安全合理地訪問。系統(tǒng)有一個默認的訪問控制流程，用戶也可以自己設(shè)定安全策略，系統(tǒng)自動生成相應(yīng)訪問控制流程。本文約定被訪問的對象為客體，請求操作的用戶為主體，DSS訪問控制流程如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)
系統(tǒng)實現(xiàn)主要分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典設(shè)計、用戶登錄與用戶管理、系統(tǒng)相關(guān)策略制定、偵聽器（Sensor）的實現(xiàn)、訪問控制以及日志審計六部分。原數(shù)據(jù)庫API信息（dll）、用戶的自主防護策略作為輸入，Sensor核心一方面將用戶的防護策略融合在原數(shù)據(jù)庫的API接口中，另一方面記錄用戶對數(shù)據(jù)庫的操作并生成日志，提供給用戶做審計。用戶在使用過程中不需要修改原有系統(tǒng)，即可實現(xiàn)自主防護。系統(tǒng)核心Sensor的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

Sensor由API處理模塊、訪問控制模塊(Access Control)、Sensor核心模塊（Core）、注射模塊四部分組成。Core是Sensor的核心部件，主要負責(zé)攔截接口，解析并分離接口中的重要信息，使程序轉(zhuǎn)入自定義的安檢程序中執(zhí)行安全檢查。Access Control組件實現(xiàn)不同級別的訪問控制,根據(jù)用戶提供的安檢信息，組態(tài)出對應(yīng)的安防模塊，并在合適的時候調(diào)用其進行訪問控制。API（dll）主要將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的接口信息,轉(zhuǎn)化為dll以便Sensor偵聽時使用。Inject/Eject為Sensor提供遠程注射的功能。
Core通過攔截對API的調(diào)用來實現(xiàn)定制功能。程序在調(diào)用API函數(shù)之前，首先要把API所在的動態(tài)鏈接庫載入到程序中；然后將API函數(shù)的參數(shù)、返回地址（也就是函數(shù)執(zhí)行完后，下一條語句的地址）、系統(tǒng)當前的環(huán)境（主要是一些寄存器的值）壓入系統(tǒng)調(diào)用棧；接著，進入到API函數(shù)的入口處開始執(zhí)行API函數(shù)，執(zhí)行過程中從系統(tǒng)調(diào)用棧中取出參數(shù)，執(zhí)行函數(shù)的功能，返回值存放在EAX寄存器中，最終從堆棧中取出函數(shù)的返回值并返回(參數(shù)壓棧的順序還要受到調(diào)用約定的控制，本文不詳細介紹）。
舉例說明函數(shù)調(diào)用時堆棧的情況。假設(shè)調(diào)用約定采用_stdcall,堆棧由高向低遞減，API為Int func(int a, int b, int c)。系統(tǒng)調(diào)用棧的部分內(nèi)容如表1所示。